Elasticity, Morphology and Magnetic Drainage of liquid foams
Élasticité, Morphologie et Drainage Magnétique dans les Mousses liquide
Résumé
A liquid foam is made of bubble trapped in a liquid matrix. This structure gives to foam a complex hydrodynamic behaviour, which involves elasticity, plasticity and drainage through the skeleton of the foam. The first part of the manuscript deals with the elasticity of foams. By using a new definition of the statistical strain tensor, we have shown that it is possible to describe the elastic state of foams, even in a plastic regime. We also have studied the elastic response of a single Plateau border made by the junction of three films leaning on a rigid wire. By bubbling air in ferrofluid (a colloidal suspension of magnetic particles) and soap solution, we have been able to make stable ferrofluid foams. In these foams, it is possible to add a magnetic force to the classical capillary and gravitational forces. We have shown, using quasi two-dimensional foams that the section of the Plateau border depends on the orientation of the magnetic field. In three-dimensional foams it is possible to slow down or to enhance drainage. When confined in cylindrical tube, it is possible to manipulate the structure of the foam by using local strong gradient field.
Une mousse liquide est constituée de bulles de gaz piégées dans une matrice liquide. Cette structure «molle » confère aux mousses des propriétés hydrodynamiques complexes qui se manifestent d'une part par un couplage entre élasticité et plasticité et d'autre part par un écoulement de liquide à l'intérieur même de leur structure (drainage). La première partie de ce manuscrit porte sur le comportement élastique des mousses. Grâce à l'utilisation d'une nouvelle définition statistique du tenseur de déformation, nous avons pu ré-analyser une expérience de cisaillement d'une mousse de savon quasi bidimensionnelle dans une cellule de Couette par G. Debrégeas et montré qu'il était possible de caractériser l'état de déformation élastique d'une mousse même dans le régime plastique. Nous avons aussi étudié la réponse élastique d'un bord de Plateau unique issue de la jonction de trois films de savon s'appuyant sur un cadre rigide Dans la seconde partie de ce manuscrit, nous nous intéressons au drainage d'une mousse de ferrofluide. En dopant la phase liquide de la mousse en nanoparticules magnétiques, il est possible d'ajouter aux forces capillaires et gravitationnelles, des forces magnétiques contrôlables depuis l'extérieur via le champ magnétique. Nous avons pu montrer qu'un champ magnétique homogène modifiait la structure de la mousse en introduisant une anisotropie dans la section des bords de Plateau. Cet effet permet d'expliquer le ralentissement ou l'accélération du drainage magnétique sous l'effet d'un champ magnétique constant. Enfin, nous étudions les effets de gradients de champ magnétique sur la structure de mousses de ferrofluide confiné.